Bestand downloaden

Natuurkunde - H7 - Begrippen
§1 - Introductie
Geluidssnelheid: snelheid waarmee de trillingen worden doorgegeven door de deeltjes in de lucht.
˪ hoe sterker de moleculen van een stof verbonden zijn, des te groter is de snelheid
van het geluid in die stof.
Geluidssterkte: hangt af van maximale uitwijking van de trilling.
Toonhoogte: hangt af van het tempo waarin de geluidsbron trilt.
˪ = frequentie (Hz); aantal trillingen per seconden
§2 - Geluid, trillingen en zuivere tonen
Klankkast: lucht in klankkast gaat meetrillen waardoor het geluid sterker wordt.
Resonantie: het meetrillen van een voorwerp d.m.v. een ander voorwerp met dezelfde frequentie te
laten trillen.
Oscillogram: een u,t-diagram van een microfoon. Op tijdstip t staat de uitwijking u van het
membraan.
˪ Verticale uitwijking geeft de geluidssterkte aan (V)
Periode: beweging van een trilling die zich telkens herhaalt.
Evenwichtsstand: positie in rust, zonder een trilling.
Harmonische trilling: een trilling met één frequentie en een sinuslijn als oscillogram.
˪ Zuivere toon: als de geluidsbron een harmonische trilling uitvoert.
Toongenerator: zelf frequentie van de elektrische trilling instellen en de maximale elektrische
spanning.
Trillingstijd (T): periode van één hele trilling [eenheid: seconde (s)]
Amplitude (A): maximale uitwijking van een trilling. [eenheid: volt (V)]
Samengestelde trilling: een normale toon bestaat uit vele verschillende frequenties.
Grondtoon: frequentie van de laagste toon die in een samengestelde trilling voorkomt.
[=toonhoogte]
Toonhoogte hangt af van:
- dikte
- lengte
- spanning
Spankracht: hoe strak een snaar gespannen is.
Eigenfrequentie: trilling in dezelfde frequentie bij dezelfde spankracht en lengte.
F=1/T
Ft = -C · u
|f = frequentie (Hz) - T = trillingstijd (s)
|Ft = terugdrijvende nettokracht (N) - C = veerconstante (N/m) u = uitwijking evenwichtsstand (m)
u(t) = A · sin(2 𝝅 · (t/T)
of
u(t) = A · sin(2 𝝅 · f · t)
| A = amplitude (m) - t = tijd (s) - T = trillingstijd (s)
Fase: aantal trillingen sinds het tijdstip t=0 (trilling positieve richting door evenwichtsstand)
𝝋=t/T
of
𝝋=f·t
| 𝜑= fase (-)
Gereduceerde fase (𝝋r): deel van de trilling die is uitgevoerd sinds de laatste positieve doorgang
door de evenwichtsstand. [breuk met waarde tussen 0 en 1]
Faseverschil: verschil in fase tussen twee trillingen
˪ bij ∆ 𝜑=0 trillen de voorwerpen in fase. Trilt het ene voorwerp 0,5 trilling voor of achter,
trillen de voorwerpen in tegenfase.
∆ 𝝋= ∆t / T
of
∆ 𝝋r= f · t
| ∆ 𝜑r = gereduceerde faseverschil (-)
| ∆t = verschil positieve doorgang
|
evenwichtsstand twee trillingen (s)
Vmax = (2 𝝅 · A)/ T
| vmax = snelheid door de evenwichtsstand
|
(m/s)
Eigentrilling van het systeem: wanneer je een massa-veersysteem uit de evenwichtsstand haalt en
loslaat, waardoor het een harmonische trilling uitvoert zonder verdere invloed van buitenaf.
𝑪
F = 1 / (2𝝅 · √𝒎 )
of
𝒎
T = 2𝝅 · √ 𝒄 )
| m = massa (kg) - C = veerconstante (N/m)
Zweving: het versterken en afzwakken van twee trillingen
§3 - Lopende golven
Geluidsgolf: het voor en achteruit duwen van lucht (of ander voorwerp waar het doorheen gaat)
Golfsnelheid: de snelheid waarmee trillingen worden doorgegeven.
Geluidssnelheid: de golfsnelheid van het geluid. [430 m/s]
Golflengte (𝜸): afstand die een golf gebruikt tussen twee verdichtingen.
Longitudinale golf: een golf waarbij de deeltjes trillen langs dezelfde richting als de voortplanting van
de golf.
Transversale golf: een golf waarbij de windingen 'op en neer' bewegen.
Een hele trilling = een golf.
𝜆=v·T
v=𝜆·f
Golflengte = verdichting + verdunning (long.) / dal + berg (trans.)
| v = golfsnelheid (m/s) - 𝜆 = golflengte (m) | T = periode / trillingstijd (s)
| f = frequentie (Hz = s-1)
u,x-diagram geeft de positie van een groot aantal punten van een lopende golf weer. (foto)
∆ 𝝋 = ∆x / 𝜆
| ∆x = afstand tussen de twee plaatsen (m)
§4 - Staande golven
Grondtoon: toon van de laagste eigenfrequentie. [ 1 buik en 2 knopen]
Boventonen: de frequenties boven de grondtoon. [ meerdere buiken en meerdere knopen]
Luchtkolom: een kolom gevuld met lucht, die resoneert op zijn eigenfrequenties.
Open buis: buis met beide zijden open. Open zijkanten resoneren, midden beweegt lucht niet.
Buik: plaats waar de amplitude van de trilling het grootst is.
Knoop: plaats waar de lucht niet meetrilt.
Staande golf: het patroon van de bewegingen van de lucht, de knopen en de buiken, beweegt niet
horizontaal, wel verticaal.
v=𝜆·f
Open buis + gesloten buis
l = n · 0,5 𝝀 ( n = 1, 2, 3…)
Half gesloten buis
l = (2n-1) · 0,25 𝝀
| l = lengte snaar of open buis (m) - n = een geheel getal
(n = 1, 2, 3…)
Klankkleur: tegelijkertijd boventonen en grondtoon
Frequentiespectrum: spectrum waarin je ziet welke frequenties voorkomen en hoe groot de
amplitudes zijn.
§5 - Telecommunicatie en golven
Radiogolven: elektromagnetische golven
˪ gaan met lichtsnelheid, wel grotere golflengte dan licht.
Zendantenne:
- Metalen staaf aangesloten op hoogfrequentie wisselspanningbron. Elektrische stroom met hoge
frequentie heen en weer. [geen stroomkring]
- Verdichting en verdunning van de elektronen lopen als een golf door de staaf.
- Frequentie spanningsbron past bij lengte staaf → staande golf van trillende elektronen.
Ontvangstantenne:
- Radiogolven die van zendantenne komen laten de elektronen in de ontvangstantenne meetrillen
- Zelfde wisselspanning als zendantenne.
- Amplitude van de trillingen verkleint → versterker versterkt signaal.
Draaggolven: golf met grote frequentie waardoor andere golven met lagere frequentie 'meereizen'.
Moduleren: een oorspronkelijk signaal in een draaggolf stoppen.
Demoduleren: frequentie draaggolf afstemmen en het signaal uit de draaggolf filteren.
Amplitudemodulatie (AM): draaggolf met vaste frequentie maar variërende amplitude.
Frequentiemodulatie (FM): draaggolf met vaste amplitude maar met variërende frequentie.
˪ bandbreedte: interval waarbinnen de frequentie kan veranderen [Hz of kHz]
Analoog signaal: signaal die op elk moment een spanning kan hebben met een waarde tussen de
onder- en bovengrens van de verticale schaal.
Digitaal signaal: bestaat uit een reeks opeenvolgende bits.
˪ bits: binair cijfer [waarden 0 en 1]
c=𝜆·f
| c = lichtsnelheid (3,0·108 m/s)
Kanaal: eigen frequentieband;
˪ ontvanger kan op dit kanaal afstemmen en alle andere frequenties buiten deze
bandbreedte uitsluiten.
Kanaalscheiding: een scheiding tussen twee kanalen om ze niet in elkaar over te laten lopen.
˪ [10-20kHz]
Bemonsteren: op vaste tijdstippen samples nemen van het signaal.
Bemonsteringsfrequentie: het aantal monsters per tijdseenheid.
˪ hoe hoger de frequentie hoe beter het oorspronkelijke signaal kan worden gereconstrueerd
Digitale codering: digitaliseren van analoge waarden langs de verticale as.
Resolutie: de grootte van één interval (spanningsgebiedjes)
Conversietijd: korte tijd voor het omzetten van signalen naar digitale code.
˪ moet korter zijn dan tijd tussen bemonstering
Pulsmodulatie: modulatie van draaggolf waarop het digitale bestand op kan worden verzonden.
AM: variërende hoogte amplitude
FM: variërende hoogte frequentie
Let op: ook voor pulsmodulatie is een bandbreedte nodig. Om van 5 Hz → 10 Hz te gaan, is er een
korte periode waarin er 7 Hz is. Hierdoor wordt de bandbreedte groter.
Data transfer rate: de snelheid waarmee informatie verzonden kan worden (bits per seconde).